爆炸荷载作用下大型地下洞室围岩动力稳定性智能仿真关键技术研究

The underground construction projects are developing for deep underground, high side wall and large span directions, The stability of surrounding rock is the key issue that affects the underground structure to be safe or not, It is one of the problems to be solved urgently in the large-scale underground construction projects, And it is also recognized to be the difficulty and hotspot issue at home and abroad. The blast loading is a main load of the military protection engineering and rock underground excavation, large surrounding rock stability is influenced by many factors of stress, geological conditions, structural parameters and construction methods that is in a complex stress state. For the status of the mechanism of interaction between the surrounding rock and the supporting structure not yet clear, lack of rock dynamic stability criterion and unresolved problems in numerical simulation，the study Innovatively introduces the Artificial Immune animal groups optimization simulation to the evaluation of the stability of surrounding rock. Based on rock mechanics, blast mechanics, calculate dynamics mechanics and intelligent simulation technology, "theory - intelligent simulation - engineering - theoretical research "closed-loop research methods is used to study on the key issues of large underground cave surrounding rock under complex stress about compound criterion of dynamic stability and simulation of self-adaptive of surrounding rock stability The launching of this project and expected results can contribute to the development of the surrounding rock stability judgment theory and promote the evaluation method developing to intelligent direction, the study can solve the problems faced during the large underground constructions.

地下工程建设不断向深地下、高边墙和大跨度方向发展，围岩稳定性成为影响地下结构可靠性的关键问题，是大型地下工程建设中亟待解决的问题之一，也是国内外公认的难点和热点问题。爆炸荷载是军事防护工程和岩石地下工程开挖的主要荷载，其动力效应是影响大型洞室围岩稳定性的重要因素。针对目前围岩与支护结构的动力相互作用机理尚不清晰，围岩动力稳定性判据匮乏，数值模拟中连续智能动力学仿真存在尚未解决问题的现状，创新性的将混沌免疫群集仿真引入围岩稳定性分析中，根据岩石力学、爆炸力学、计算动力学等各种力学原理和智能仿真技术，采用理论研究-智能仿真-工程应用-理论研究闭环研究方法，对爆炸荷载作用下围岩与支护结构动力相互作用机理、大型地下洞室围岩动力稳定性复合判据、围岩稳定性仿真的自适应性等关键问题进行研究，本项目的开展和预期研究成果可以促进围岩稳定性分析理论的发展和评价方法向智能化方向发展，解决大型地下工程建设难题。

围岩稳定性成是影响地下结构可靠性的关键问题。爆炸荷载是军事防护工程和岩石地下工程开挖的主要荷载，其动力效应是影响大型洞室围岩稳定性的重要因素。项目组对爆炸荷载作用下围岩与支护结构动力相互作用机理、大型地下洞室围岩动力稳定性复合判据与数值模拟方法、开挖方案自适应智能优化等关键问题进行了研究，本项目的研究成果可以促进围岩稳定性分析理论的发展和评价方法向智能化方向发展。. 根据项目任务书中承诺的研究目标，开展了深入、细致的研究工作。研究了爆炸冲击波在围岩与结构间的传播过程，当爆炸冲击波从高波阻抗岩石向低波阻抗混凝土传播时，反射波和透射波均为稀疏波，对围岩卸载。反之为加载的压缩波。揭示了围岩与结构的动力相互作用机理，研究获得了围岩与支护结构动力相互作用分布规律和支护结构的破坏形态，分析了岩体特性对相互作用的影响。. 建立了爆炸荷载作用下地下拱形结构围岩动力稳定性的两铰拱力学模型，根据能量理论和尖点突变理论，通过理论推导，得到了综合考虑爆炸荷载的动力特性、结构埋深、结构跨度等多种因素影响的复合判据，并结合实际工程对围岩动力稳定性进行分析，验证了判据的正确性。. 通过构造区间B样条圆环扇形小波单元和三维区间B样条小波实体单元和Matlab编程，应用小波有限元理论对爆炸荷载作用下围岩动力稳定性数值模拟方法进行了研究，结合工程实例，对爆炸作用地下拱形结构围岩稳定性进行了三维数值模拟，模拟结果与现场利用动态采集系统采集数据基本一致，计算效率高于传统有限元。. 研究了大型地下洞室爆破开挖时围岩动力稳定性的免疫蚁群智能仿真算法；应用免疫神经网络算法优化权值和阈值，以减少预测样本误差，由小波有限元数值计算结果作为学习样本，找出岩石的力学参数与施工开挖方法和结构参数之间复杂的非线性关系，自适应生成样本。设计了免疫蚁群优化模型，结合实际工程在保证围岩动力稳定性的情况下进行了开挖方案优化。. 发表研究论文12篇，其中：EI收录3篇；此外，核心期刊录用论文2篇，为EI刊源，两篇论文待发表。参加国内学术会议3人次。